常用通信接口标准RS232485I2C等.docx

1、常用通信接口标准RS232485I2C等GPIB一、简介： GPIB（General-Purpose Interface Bus）-通用接口总线，大多数打印机就是通过GPIB线以及GPIB接口与电脑相连。 1965年 惠普公司设计HP-IB 1975年 HP-IB变成IEEE-488标准 1987年 IEEE488.2被采纳, IEEE 488-1978变成IEEE488.1-1987 1990年 SCPI规范被引入IEEE 488仪器 1992年 修订IEEE 488.2 1993年 NI公司提出HS488 1965年, 惠普公司（Hewlett-Packard）设计了惠普接口总线（HP-I

2、B, 用于连接惠普的计算机和可编程仪器.由于其高转换速率（通常可达1Mbytes/s）, 这种接口总线得到普遍认可, 并被接收为IEEE标准488-1975和ANSI/IEEE标准488.1-1987. 后来, GPIB比HP-IB的名称用得更广泛. ANSI /IEEE 488.2 -1987加强了原来的标准, 精确定义了控制器和仪器的通讯方式. 可编程仪器的标准命令（Standard Commands for Programmable Instruments, SCPI）采纳了IEEE488.2定义的命令结构,创建了一整套编程命令二、接口与总线接口部分是由各种逻辑电路组成，与各仪器装置安装

3、在一起，用于对传输的信息进行发送、接收、编码和译码；总线部分是一条无源的多芯电缆，用做传输各种消息。将具有GPIB接口的仪器用GPIB总线连接起来的标准接口总线系统。 在一个GPIB标准接口总线系统中，要进行有效的通信联络至少有“讲者”、“听者”、“控者”三类仪器装置。 讲者是通过总线发送仪器消息的仪器装置（ 如测量仪器、数据采集器、计算机等），在一个GPIB系统中，可以设置多个讲者， 但在某一时刻，只能有一个讲者在起作用。 听者是通过总线接收由讲者发出消息的装置（如打印机、信号源等），在一个GPIB系统中，可以设置多个听者，并且允许多个听者同时工作。 控者是数据传输过程中的组织者和控制者，例

4、如对其他设备进行寻址或允许“讲者”使用总线等。控者通常由计算机担任，GPIB系统不允许有两个或两个以上的控者同时起作用。三、接口系统的基本特征（1） 可以用一条总线互相连接若干台装置，以组成一个自动测试系统。 系统中装置的数目最多不超过15台，互连总线的长度不超过20m。 （2） 数据传输采用并行比特（位）、串行字节（位组）双向异步传输方式，其最大传输速率不超过1兆字节每秒。? （3） 总线上传输的消息采用负逻辑。低电平（+0.8V）为逻辑“1”，高电平（+2.0V）为逻辑“0”。 （4） 地址容量。单字节地址：31个讲地址，31个听地址；双字节地址：961个讲地址，961个听地址。 （5）

5、一般适用于电气干扰轻微的实验室和生产现场。四、应用我们使用一台计算机，通过GPIB控制卡可以实现和一台或多台仪器的听、讲、控功能，并组成仪器系统，使我们的测试和测量工作变得快捷, 简便, 精确和高效。通过GPIB电缆的连接，可以方便地实现星型组合、线型组合或者二者的组合。 与GPIB对应的是一种工程控制用的协议，最初由HP公司提出，目前成为一种国际标准，遵守的协议为IEE USB接口的高性能IEEE-488 GPIB卡 (2张)E488。一般被用来使用任何编程语言如VB、Vc、C+实现电脑对仪器的控制。当然也有某些仪器制造商自己开发的语言支持GPIB。如keithley公司使用的testpoi

6、nt，NI公司的Labview等。实现这种控制首先要被控仪器支持GPIB，其次，工控机安装IEEE488卡，并通过gpib线连接两个设备。 GPIB比串口控制提高了传输速率和同时支持的设备总数。但是目前已经被传输速率更快支持设备总数更多的lan接口替代。RS232RS232接口是1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。 该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规

7、定。随着设备的不断改进，出现了代替DB25的DB9接口，现在都把RS232接口叫做DB9。一、简介RS-232是现在主流的串行通信接口之一。 由于RS232接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点： （1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。RS232接口任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”为-5 -15V；逻辑“0”：+5 +15V ，噪声容限为2V。即要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高到-3V的信号作为逻辑“1”，TTL电平为5V为逻辑正，0为逻辑负 。与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。 （2）传输速率较低，在异步传输

8、时，波特率为20Kbps；因此在“南方的老树51CPLD开发板”中，综合程序波特率只能采用19200，也是这个原因。 （3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。 （4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15米左右。二、接口定义RS232（DB9）1 DCD 载波检测 2 RXD 接收数据 3 TXD 发送数据 4 DTR 数据终端准备好 5 SG 信号地 6 DSR 数据准备好 7 RTS 请求发送 8 CTS 允许发送 9 RI 振铃提示 RS232（DB25）1 频蔽地线 2 TXD 发送数据

9、3 RXD 接收数据 4 RTS 请求发送 5 CTS 允许发送 6 DSR 数据准备好 7 SG 信号地 8 DCD 载波检测 9 发送返回(+) 10 未定义 11 数据发送(-) 1217 未定义 18 数据接收(+) 19 未定义 20 数据终端准备好 DTR 21 未定义 22 振铃 RI 2324 未定义 25 接收返回(-)标准的细节 在RS-232标准中，字符是以一串行的比特串来一个接一个的串行（serial）方式传输，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远。最常用的编码格式是异步起停（asynchronous start-stop）格式，它使用一个起始比特后面紧跟7或8

10、个数据比特（bit），然后是可选的奇偶校验比特，最后是一或两个停止比特。所以发送一个字符至少需要10比特，带来的一个好的效果是使全部的传输速率，发送信号的速率以10划分。一个最平常的代替异步起停方式的是使用高级数据链路控制协议（HDLC）。 在RS-232标准中定义了逻辑一和逻辑零电压级数，以及标准的传输速率和连接器类型。信号大小在正的和负的315v之间。RS-232规定接近零的电平是无效的，逻辑一规定为负电平，有效负电平的信号状态称为传号marking，它的功能意义为OFF，逻辑零规定为正电平，有效正电平的信号状态称为空号spacing，它的功能意义为ON。根据设备供电电源的不同，5、10、

11、12和15这样的电平都是可能的。 mark和space是从电传打字机中来的术语。电传打字机原始的通信是一个简单的中断直流电路模式，类似与圆转盘电话拨号的中的信号。Marking状态是指电路是断开的，spacing状态就是指电路是接通的。一个space就表明有一个字符要开始发送了，相应的停止的时候，停止位就是marking。当线路中断的时候，电传打字机不打印任何有效字符，周期性的连续收到全零信号 RS-232设计之初是用来连接调制解调器做传输之用，也因此它的脚位意义通常也和调制解调器传输有关。RS-232的设备可以分为数据终端设备（DTE，Data Terminal Equipment, For

12、 example, PC）和数据通信设备（DCE，Data Communication Equipment）两类，这种分类定义了不同的线路用来发送和接受信号。一般来说，计算机和终端设备有DTE连接器，调制解调器和打印机有DCE连接器。但是这么说并不是总是严格正确的，用配线分接器测试连接，或者用试误法来判断电缆是否工作，常常需要参考相关的文件说明。 RS-232指定了20个不同的信号连接，由25个D-sub（微型D类）管脚构成的DB-25连接器。很多设备只是用了其中的一小部分管脚，出于节省资金和空间的考虑不少机器采用较小的连接器，特别是9管脚的D-sub或者是DB-9型连接器被广泛使用绝大多数自

13、IBM的AT机之后的PC机和其他许多设备上。DB-25和DB-9型的连接器在大部分设备上是雌型，但不是所有的都是这样。最近，8管脚的RJ-45型连接器变得越来越普遍，尽管它的管脚分配相差很大。EIA/TIA 561标准规定了一种管脚分配的方法，但是由Dave Yost发明的被广泛使用在Unix计算机上的Yost串连设备配线标准（Yost Serial Device Wiring Standard）以及其他很多设备都没有采用上述任一种连线标准。 下表中列出的是被较多使用的RS-232中的信号和管脚分配： DB9 Male (Pin Side) DB9 Female (Pin Side) - -

14、1 2 3 4 5 / 5 4 3 2 1 / 6 7 8 9 / 9 8 7 6 / - -信号 DB-25 DB-9 EIA/TIA 561 Yost 公共接地 7 5 4 4,5 发送数据（TD） 2 3 6 3 接受数据（RD） 3 2 5 6 数据终端准备（DTR） 20 4 3 2 数据准备好（DSR） 6 6 1 7 请求发送（RTS） 4 7 8 1 清除发送（CTS） 5 8 7 8 数据载波检测（DCD） 8 1 2 7 振铃指示（RI） 22 9 1 TXD DTE-DCE DTE SEND DATA RXD DCE-DTE DTE RECEIVE DATA RTS DT

15、E-DCE DTE REQUEST SEND CTS DCE-DTE ACK TO DTES RTS DSR DCE-DTE DCE IS READY GND DCD DCE-DTE DC DETECTED DTR DTE-DCE DTE IS READY RI DCE-DTE RING INDICATION 信号的标注是从DTE设备的角度出发的，TD、DTR和RTS信号是由DTE产生的，RD、DSR、CTS、DCD和RI信号是由DCE产生的。接地信号是所有连接都公共的，在Yost的标准中接地信号外部有两个管脚事实上是同一个信号。如果两个通信设备的距离相差的很远或者是有两个不同的供电系统供电，

16、那么地信号在两个设备间会不一样，从而导致通信失败，跟踪描述这样的情形是很困难的。三、电缆由于RS-232实现中的各种不同和矛盾，要决定使用哪个合适的电缆来连接两个通信设备不是一件非常容易的事。用同一种类型的连接器来连接DCE和DTE设备需要直接的电缆还要有合适的终点。凹凸转换器被用于电缆和连接器间解决性别失配问题。用不同连接器来连接设备需要根据上表，用不同的电缆来连接相应的管脚。电缆一端9管脚，另一端25管脚是很普通的，生产以RJ-45型为连接器的设备厂家通常都会提供DB-25 或者DB-9型接头的电缆（有时候则是接头可交换的电缆，可供多种设备工作）。 连接两个DTE设备需要一个虚拟调制解调器

17、来充当DCE交换相应的信号（TD-RD, DTR-DSR, and RTS-CTS）。这个可以由单独的设备加上两根电缆或者用一根电缆来完成。Yost标准里虚拟调制解调器是一个全反线，它把一个端口的1到8号管脚翻转和另一个端口的8到1号管脚相连接（不要和以太网的反绞线混淆，以太网反绞线接线是非常不同的）。 为了配置和诊断RS-232电缆，可以采用配线分接器。配线分接器有凹凸RS-232连接器，可以内嵌式的连接线路，而且提供对应每个管脚的显示灯，还可以各种配置方式连接管脚。 RS-232电缆和很多连接器都可以在电子产品的商店找到，电缆可能是3到25个管脚的，典型应用的是4到6个管脚的。平RJ（电话

18、线类型）电缆可以和专门的RJ-RS-232连接器一起使用，后者是最容易配置的连接器。 双向接口能够只需要3根线制作是因为RS-232的所有信号都共享一个公共接地。非平衡电路使得RS-232非常的容易受两设备间基点电压偏移的影响。对于信号的上升期和下降期，RS-232也只有相对较差的控制能力，很容易发生串话的问题。RS-232被推荐在短距离（15m以内）间通信。由于非对称电路的关系，RS-232接口电缆通常不是由双绞线制作的。 有些设备也需要“握手”协议，例如，20号管脚一般用于指示“设备就绪”。管脚也可是跳过的或者从连接器接回。例如设备A的一个管脚发送信号询问对方“你准备好了吗？” 假如设备B

19、没有发送这样的指示信号。公共的握手管脚为20、8、4和6。四、设置串行通信在软件设置里需要做多项设置，最常见的设置包括波特率（Baud Rate）、奇偶校验（Parity Check）和停止位（Stop Bit）。 波特率（又称鲍率）：是指从一设备发到另一设备的波特率，即每秒钟多少比特bits per second (bit/s)。典型的波特率是300, 1200, 2400, 9600, 115200, 19200等bit/s。一般通信两端设备都要设为相同的波特率，但有些设备也可以设置为自动检测波特率。 奇偶校验（Parity：是用来验证数据的正确性。奇偶校验一般不使用，如果使用，那么既可以

20、做奇校验（Odd Parity）也可以做偶校验（Even Parity）。奇偶校验是通过修改每一发送字节（也可以限制发送的字节）来工作的。如果不作奇偶校验，那么数据是不会被改变的。在偶校验中，因为奇偶校验位会被相应的置1或0（一般是最高位或最低位），所以数据会被改变以使得所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中“1”的个数为偶数；在奇校验中，所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中“1”的个数为奇数。奇偶校验可以用于接受方检查传输是否发送生错误如果某一字节中“1”的个数发生了错误，那么这个字节在传输中一定有错误发生。如果奇偶校验是正确的，那么要么没有发生错误要么发生了偶数个的错误。如果用户

21、选择数据长度为8位，则因为没有多余的比特可被用来作为同比特，因此就叫做“无位元（Non Parity）”。 停止位：是在每个字节传输之后发送的，它用来帮助接受信号方硬件重同步。 RS-232在传送数据时，并不需要另外使用一条传输线来传送同步信号，就能正确的将数据顺利传送到对方，因此叫做“异步传输”，简称UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)，不过必须在每一笔数据的前后都加上同步信号，把同步信号与数据混和之后，使用同一条传输线来传输。比如数据11001010被传输时，数据的前后就需加入Start(Low)以及Stop(High)等两个比

22、特，值得注意的是，Start信号固定为一个比特，但Stop停止比特则可以是1、1.5或者是2比特，由使用RS-232的传送与接收两方面自行选择，但需注意传送与接受两者的选择必须一致。 在串行通信软件设置中D/P/S是常规的符号表示。8/N/1（非常普遍）表明8bit数据，没有奇偶校验，1bit停止位。数据位可以设置为7、8或者9，奇偶校验位可以设置为无（N）、奇（O）或者偶（E），奇偶校验可以使用数据中的比特（bit），所以8/E/1就表示一共8位数据位，其中一位用来做奇偶校验位。停止位可以是1、1.5或者2位的（1.5是用在波特率为60wpm的电传打字机上的）。 流量控制：当需要发送握手信号

23、或数据完整性检测时需要制定其他设置。公用的组合有RTS/CTS, DTR/DSR或者XON/XOFF（实际中不使用连接器管脚而在数据流内插入特殊字符）。 接受方把XON/XOFF信号发给发送方来控制发送方何时发送数据，这些信号是与发送数据的传输方向相反的。XON信号告诉发送方接受方准备好接受更多的数据，XOFF信号告诉发送方停止发送数据直到知道接受方再次准备好。XON/XOFF一般不赞成使用，推荐用RTS/CTS控制流来代替它们。 XON/XOFF是一种工作在终端间的带内方法，但是必须两端都支持这个协议，而且在突然启动的时候会有混淆的可能。 XON/XOFF可以工作于3线的接口。RTS/CTS

24、最初是设计为电传打字机和调制解调器半双工协作通信的，每次它只能一方调制解调器发送数据。终端必须发送请求发送信号然后等到调制解调器回应清除发送信号。尽管RTS/CTS是通过硬件达到握手，但它有自己的优势。 ASR（Automatic Send Receive）电传打字机有一个纸带读卡机。当读卡机读数据的时候字符被发提交去。ASR电传打字机里收到一个XOFF字符就关掉纸带读卡机收到一个XON字符就启动纸带读卡机。当远端系统有必要降低发送放的速率时就发出XOFF。在原始的系统中，消息要用纸带事先准备好，传送的时间才能被缩短。那时的带宽非常有限并且昂贵，有时候传输不得不推迟到晚上进行，这也正推动了简明

25、电报表达的发展。在有些早期的小型机中，ASR纸带读卡机和纸带穿孔器也是唯一的恢复程序的方法。RS485智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的，现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其原因就是企业信息化的需要，企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。最初是数据模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口是RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能。随后出现的RS485解决了这个问题。一、特点1. RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(26)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(26)V表示。接口信号电平比RS-232

26、-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。 2. RS-485的数据最高传输速率为10Mbps 。 3. RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。 4. RS-485最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。二、RS485接口RS

27、485接口组成的半双工网络，一般是两线制（以前有四线制接法，只能实现点对点的通信方式，现很少采用），多采用屏蔽双绞线传输。这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。很多情况下，连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS485接口采用DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9（针）。 另有一个问题是信号地，上述连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有二个原因：(1)共

28、模干扰问题： RS-485接口采用差分方式传输信号，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中 共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。(2)EMI(电磁兼容性)问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），信号中的共模部分就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。 由于PC机默认的只带有RS232接口，有两种方法可以得到PC上位机的

29、RS485电路：（1）通过RS232/RS485转换电路将PC机串口RS232信号转换成RS485信号，对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离珊的产品。（2）通过PCI多串口卡，可以直接选用输出信号为RS485类型的扩展卡。三、RS485电缆在低速、短距离、无干扰的场合可以采用普通的双绞线，反之，在高速、长线传输时，则必须采用阻抗匹配（一般为120）的RS485专用电缆（STP-120（for RS485 & CAN） one pair 18 AWG），而在干扰恶劣的环境下还应采用铠装型双绞屏蔽电缆（ASTP-120（for RS485 & CAN） one pair 18 AWG）

30、。在使用RS485接口时，对于特定的传输线路，从RS485接口到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的波特率成反比，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所影响。理论上，通信速率在100Kbps及以下时，RS485的最长传输距离可达1200米，但在实际应用中传输的距离也因芯片及电缆的传输特性而所差异。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，最多可以加八个中继，也就是说理论上RS485的最大传输距离可以达到9.6公里。如果真需要长距离传输，可以采用光纤为传播介质，收发两端各加一个光电转换器，多模光纤的传输距离是510公里，而采用单模光纤可达50公里的传播距离。四、RS48

31、5布网网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。在构建网络时，应注意如下几点： （1）采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。有些网络连接尽管不正确，在短距离、低速率仍可能正常工作，但随着通信距离的延长或通信速率的提高，其不良影响会越来越严重，主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加，会造成信号质量下降。 （2）应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产生这种不连续性：总线的不同区段采用了不同电缆，或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，再者是过长的分支线引出到总线。 在RS485组网过程中另一个需要注意的问题是终端负载电阻问题，在设备少距离短的情况下不加终端负载电阻整个网络能很好的工作，但随着距离的增加性能将降低。理论上，在每个接收数据信号的中点进行采样时，只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。但这在实际上难以掌握，美国MAXI